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被动房“黑科技“ —— 被动式门窗的选择

      被动式建筑通过建筑自身良好的保温隔热性能,在不使用传统的空调、暖气等主动采暖制冷方式下,被动的利用太阳辐射、人体放热、室内灯光、电器散热等建筑内散热体的自由得热以及热回收新风系统,可通过很少能源投入满足建筑采暖和制冷的能源需求。为满足被动房的舒适性,对被动房门窗的选择也具有很高的标准和要求。

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如何实现被动房屋

       被动房能采用各种节能技术来构造最佳的建筑围护结构和室内环境,极大限度地提高了建筑保温隔热性能和气密性,使建筑物对采暖和制冷需求降到最低。在此基础上,被动房还能有效利用自然通风、自然采光、太阳辐射等实现舒适的室内温湿度和采光环境,最大限度降低对主动式采暖或制冷系统的依赖。

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被动窗介绍

       被动房主要采用三玻保温窗,从外向里数,第二和第五个面有low-e涂层,玻璃采用暖边间隔条,玻璃尽量伸入窗框2-3cm,而普通窗户仅为1.5cm,玻璃内填充如氩气等惰性气体,用来降低窗体的导热性。


如何选择被动房门窗?

       目前,市场上应用量最大的三种节能窗分别是塑料窗、断热铝合金窗和木窗。


01 窗框材质热传导性能差别

   从材料的热传导性能来说,金属材料的比玻璃的导热系数高,而塑料、木材的导热系数又比玻璃低。常用门窗相关材料的导热系数见下表。

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     窗框的热传导性不能单一以材料的热传导性能来判断,因为通过空腔结构或复合结构设计可以有效改善其热传导性能,如钢窗从实芯钢框发展为空腹钢框乃至断热钢框,铝窗从普通铝合金框发展成为断热型铝合金框,木窗从实木结构发展成为复合结构,塑窗从单腔结构发展成为两腔、三腔结构,乃至最新出现的七腔、八腔结构的型材。只要设计合理,导热性能高的钢、铝材料也能成为保温性能较好的窗框材料。相较之下,塑料与木材由于本身具有优良的保温性能,因此这两种窗框型材的保温设计更简便、保温程度更高、节能成本也更低。


02门窗的配置设计

   门窗中型材与玻璃的配置要求可以通过计算来确定。要保证整窗的传热系数低于0.8(寒冷地区,下同),就要求窗框的保温性能和玻璃的传热系数均低于0.8 W/(㎡·K)。如果保温系数大于0.8,则需要降低玻璃传热系数,这从综合成本的角度而言性价比较差,因此并不是我们所推荐的。以下给出被动房项目用窗与节能65%、75%的普通房屋用塑料窗的配置方法,见下表。

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03窗的安装要求

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     与普通房屋外窗一般安放在窗洞口内有所不同的是,被动房外窗一般安装在外墙外侧。这种安装方式可以减少约20%的热损失。外窗与墙体的连接处有防水透气膜、防水隔气膜和密封胶组成的完整密封连接系统。


04对型材的选择

     房屋外门窗框的型材传热系数K 应依据现行国家标准《建筑外门窗保温性能分级及检测方法》GB/T 8484 规定的方法进行测定,并符合K ≤1.3W/(㎡·K)规定。这项规定既保障了外窗整体的传热系数能够控制在一定范围内,又保障了使用过程中冬季室内一侧型材表面温度高于露点温度。目前市场上可供选材的只有木材或塑料型材。

     在建筑市场上,我国最先进的生产厂商所提供的被动房专用木窗与德国相比并不差,然而由于被动房木窗生产过程比较繁杂,虽然我国已经能生产被动式外窗,但这样的工厂还属凤毛麟角。


05窗框的密封材料选择

   我国工程用窗普遍忽视窗的密封材料。被动式房屋的外窗采用三道耐久性良好的密封材料密封。如采用性能不好的外窗密封材料,轻则窗体本身在冬季室内一侧容易结露,重则丧失被动房应有的室内环境温度,后果非常严重。


06玻璃间隔条的选择

   铝制玻璃间隔条易造成室内结露。玻璃间隔条应使用耐久性良好的暖边间隔条。


07窗透明部分的设计要求

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     我国建筑师普遍喜欢对外窗透明部分进行较多的分隔,且透明部分的尺寸过于随意。这种分隔对于一般的建筑外窗而言不算什么,不会引会太多的价格上涨,而对被动式房屋的就会产生较严重的后果。

(1)被动式房屋所用的外窗透明部分的性能要优于型材,过多的分隔会降低整窗的性能。

(2)透明部分一般采用三玻二腔充氩气或真空玻璃,过多不同类型的尺寸会造成生产线上难以规模化批量生产,生产厂商无法做库存,从而造成生产成本的提高。

(3)过多的分隔本身就造成了其加工和材料成本的上升,导致造价的升高。


被动房外门窗成本分析


     被动式建筑与传统建筑相比,其建安成本增量约1000元/㎡左右,这些增量成本中其门窗成本约占到30%,属于成本增量中的主要部分。被动窗的成本来源主要是外窗型材、玻璃形式、五金件,相应的成本比重一般是型材(约30-40%)、玻璃(约15-20%)、五金(约8-10%)。被动窗的选择应经供应商的方案比选,优中选优。


型材型号的变动

      成本的增量多来源于型材型号的变动(如铝合金55系列变为60系列,如塑钢60系列变为65系列),一般情况下,型材型号决定了门窗型材的用量,比如50系列、54系列、59系列对应的型材用量的差异分别为100%、105%、121%。

     被动式建筑成本增量表现在型材本身需要增 强,铝合金型材的配置已经很难达到被动式住宅的设计要求,塑钢型材需要满足多腔室(多于五腔),三密封以上的密封胶条(实验表明门窗能耗的损失50%左右来自空气的对流,多密封提高了外窗气密性等级减少了空气对流)。在型材选择方面被动式窗成本增幅约占窗体总成本的5%~15%。

     在型材的选择上还有一个重要的因素就是隔热条的选择,相对于国产隔热条而言,进口隔热条有更好的剪切强度,以保证被动窗的整体稳定性。但是相对而言,进口隔热条的价格也不低,一般情况下进口隔热条比国产隔热条贵,其门窗增量为20-40元/平米。虽然在价格上略高,但保证了整个被动窗的密封性能,这样的选择还是值得考虑的。


玻璃型号的变动增加外窗成本


     一般情况下,单片白玻变为low-e玻璃,其单平成本增加45~60元左右,折合建筑单方约8~10元/㎡。单层抽真空或者充氩气的成本增量为每平增加10元~20元左右,折合到建筑单平方成本增量为2~4元左右。

     被动式建筑:玻璃的组合三玻双中空,单银玻璃多银玻璃,内充氩气或者抽真空(内充惰性气体的中空玻璃),其对中空层本身的气密性要求就很高,普通的外窗已经很难满足要求,被动式窗已成为必然趋势。那么被动式窗比普通门窗在玻璃上的成本增量约在50~80元/ ㎡。

     无论是被动式窗还是传统窗,国内的玻璃生产厂家均可满足性能要求,但被动式窗在选择玻璃厂家时,为保证玻璃高性能和低破损率,一般选择国内一线品牌,一线品牌的玻璃厂家比二线品牌贵5-10元/㎡,但在性能和质量方面,这样的性价比还是相对较高的。


内开内倒功能及五金件的成本


     一间房间内需要一扇窗满足内开内倒功能,以利于夏季夜晚采用内倒窗通风散热,内开内倒五金件的成本比平开高100元/樘。被动式住宅应保证一扇窗户具有内开内倒功能,其他窗的开启方式应配合使用固定及平开,不宜采用推拉窗(很难满足气密性要求)。

     进口与国产的选择:同一种开启方式下国际品牌的五金价格至少比国内品牌的价格贵一倍以上。随着技术的发展,五金配件的种类繁多,成本的离散性非常大。对于五金件的选择还是应该综合各项因素进行考虑。


被动窗类型选择

     现今市场上的被动式窗大体分为两种类型的材料,分别是断桥铝合金和铝包木,断桥铝合金的价格在2000-3000元/㎡,铝包木的价格在3000-4500元/㎡。单从价格方面考虑,在性能都符合被动房要求的前提下,断桥铝合金窗明显优于铝包木窗,但在外观和质量方面含木结构的门窗有它相对的优势。


总结

       被动式建筑的节能是一个系统工程,外窗的选择应考虑整个建筑物的能耗,在满足产品定位的情况下遵循经济合理的指标要求,在控制门窗三大件(型材、玻璃、五金件)的基础上,重视遮阳措施的成本影响,必要的前提下增设门窗上部挑板,减少夏季太阳得热。被动式窗的选择应考虑成熟的配套供应商,门窗经PHI系统认证,保证产品的质量。

     不同的建筑对于门窗的要求是不同的,对于被动房来说,除了要考虑与门窗节能有关保温性能、遮阳性能、气密性能,还要考虑与安全和舒适度有关的抗风压性能、水密性能、隔声性能、采光性能及耐久性能等,这涉及到了设计、选材、安装、维护等各个环节,还与门窗杆件型材、玻璃、密封胶条、五金、配套件各种部件的性能有关。综合来说,被动房用门窗应综合系统性考虑,合理选择搭配相关配套产品与技术,来满足被动房的整体使用要求。对于成本控制应考虑被动房建设的每一个层面。

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